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现代人类大脑解剖学需要引入一些彻底革新的技术。2010年9月，美国国立卫生研究院投入4000万美元打造人脑联接组计划，绘制人脑线路图谱。
还记得二十年前，Francis Crick和Edward Jones曾在所谓的“脑的十年（Decade of the Brain）”中哀叹，科学界连对人类神经解剖学最基本的认识都没有。
“很明显，现代人类大脑解剖学所需要的是引入一些彻底革新的技术。”两人在1993年写道。显然，研究者听取了这一建议。今天，他们正在使用新技术和自动化操作，并以前所未有的分辨率和完整度来绘制神经回路。美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）投入了近4000万美元来绘制人类大脑线路图，艾伦脑科学研究所（Allen Brain Institute）又追加数百万美元的资金，用来绘制老鼠大脑的图谱。这些数据要花上很多年去汇集，甚至要花更长的时间去解析。但结果可能会揭示人类个性的本质等重大发现。正如MIT的神经科学家Sebastian Seung所写的：“你的个性远不仅是你的基因决定的，而是你的联接组。”
当Seung在《大脑联接组：大脑联接如何造就人类（Connectome：How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are）》一书中写道“你来自于你的大脑联接组”，他的意思是神经联接如同指纹一样，每个人都把他们独特的遗传因素、环境因素和生活经历参杂在一起。这些因素影响了具体的大脑回路，就像即便是同卵双胞胎也可能在神经联接的水平上有所不同。
通过绘制这些联接，研究人员希望能够理解人类大脑联接组正常的变化，并了解大脑联接组在人类学习、成熟和衰老过程中如何改变和修改自己。他们可以开始探究大脑联接组在创伤性脑损伤或神经退化紊乱后如何功能失调，或者研究者Seung称之为“联接病例联结（connectopathies）”的精神分裂症或自闭症患者大脑联接组出现的机能异常。
然而，这个问题的规模之大，让人不觉有些气馁，目前只绘制出了一个大脑联接组的图谱，那就是秀丽线虫（Caenorhabditis elegans）。秀丽线虫只有300个神经元，仅形成7000种联接，然而绘制它的神经联接却花费了超过10年的时间。“你的大脑联接组（比秀丽隐杆线虫）要大1千亿倍，它的联接比你基因组具有的字母都要多100万倍。”Seung写道，“基因组跟大脑联接组相比简直是小孩子过家家的游戏。”
然而，研究人员试图解决这一问题。从所谓的核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的宏观尺度到电子显微镜（electron microscopy）的微观尺度，随着大脑联接组逐个突触地慢慢突破，轮廓开始清晰起来。
人脑联接组计划
一想到大脑联接组，艾伦脑科学研究所研究科学高级主管曾洪奎（音译）就想到了谷歌地图。神经科学家想要像现代的旅行者在网上导航一样，在虚拟空间内导航定位大脑：任意放大、缩小、摇摄，从整个大脑区域缩小到单个细胞和突触。以这个比喻来看，曾洪奎认为宏观的核磁共振成像技术揭示出的仅是神经超级高速公路。但她仍然觉得这个方法比较有效，正在提供“一种全局观，让人们了解各个区域是怎么联接在一起的，整个世界是如何组织建构起来的”。
这就是人脑联接组计划（Human Connectome Project，HCP）的中心目标。2010年9月，美国国立卫生研究院投入4000万美元打造人脑联接组计划，绘制出入脑线路图谱。人脑联接组计划随之在下面建立了两个研究小组，其中3000万美元投入圣路易斯的华盛顿大学和明尼苏达大学，850万美元投入麻省总医院（Massachusetts General Hospital）和加州大学洛杉矶分校（UCLA）。
两个课题组都在寻求技术的进步，其中华盛顿大学和明尼苏达大学课题组也注重于产出，他们利用一系列行为、遗传和成像扫描的方法对1200名正常成人进行研究，其中包括400组双胞胎及其非孪生兄弟姐妹，由此提供参考，以便其他联接组进行比较。
两个课题组都以自己的方式采用了核磁共振成像技术。华盛顿大学对实验对象进行扫描，了解其解剖特征和功能联接性（也就是说，为共同目标而联接起来的区域）。为了勾勒出物理联接，该课题组使用了扩散核磁共振成像技术（Diffusion MRI），这种成像技术追踪水分子的运动，将其作为轴突纤维定向的标记。“水分子平行于纤维时的运动比垂直于纤维时的运动要快。”麻省总医院团队负责人Van Wedeen这样解释。
Wedeen创造并使用了一种扩散核磁共振成像技术——水分子扩散频谱造影（diffusion spectrum imaging）技术，华盛顿大学和明尼苏达大学课题组使用高角分辨率扩散成像（high-angular resolution diffusionimaging）技术。这两个案例均想要将人脑分成数千个体积像素（也称之为三维像素“voxels”），每个体积大约为1立方毫米，并计算每个水分子扩散时不同的方向。然后，在被称作“纤维跟踪成像（tractography）”或追踪的过程中，这些向量联接起来就产生了夺目的多彩联接图像或“纤维追踪（fiber tracks）”，迂回穿过人类的脑白质。
这样的结果不是单个轴突，而是成千上万个轴突总体的图像。Wedeen说“这些只是微分方程的数值积分，而不是纤维的显微图像”。虽然如此，采集这些相对低分辨率的数据仍然需要一些改装升级的硬件。Wedeen说，一台标准的临床核磁共振成像的磁场强度是3T（Tesla），梯度场强是40mT/m。华盛顿/明尼苏达大学课题组采用专门打造的西门子3T扫描设备，梯度强度达到100mT/m，而麻省总医院/加州大学洛杉矶分校课题组的“大脑联接组扫描仪”达到300mT/m的梯度场强。 梯度场强的提高为联接性绘图提供了两个好处，Wedeen说：“你会得到更多信号和更好的信号。”就像更大的望远镜能够看到更深远的太空。
明尼苏达大学磁共振研究中心主任，即华盛顿/明尼苏达大学课题组共同研究员Kamil Ugurbil表示，新的扫描仪给他们的团队带来了“非常重要的技术进步”，分辨率提高了2～3倍，其中30个实验对象已经接受扫描，每个花费两天的时间。
但Ugurbil已经不再使用100mT/m 3T的扫描仪器，该仪器已经运往华盛顿大学进行项目的“产出”模式。他已经拥有了一台新的西门子7T扫描仪，应该可以提供更清晰的画面。另外，Ugurbil正在等待一台价值1000万美元，更大的10.5T仪器运送到位。虽然此刻，因为“全球性液氦的缺乏”，这台仪器仍然还待在工厂里面尚未进行检测。
Ugurbil说：“为了冷却这台大家伙，我们需要4万公升的液氦，但现在我们拿不到这么多液氦。”
绘制中间尺度的联接
“中观”是美国冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory）神经科学家Partha Mitra及其同事在2009年首先提出的绘图策略。艾伦脑科学研究所正在以这个曾洪奎所谓的“中观”层面来绘制小鼠的大脑联接组。为了绘制这一图谱，曾洪奎的团队使用了“连续的双光子断层摄影术”。
小鼠离散的大脑区域被注入了表达一种荧光蛋白的重组腺相关病毒（recombinant adeno-associated virus，由宾夕法尼亚大学载体中心提供）。小鼠死亡后，它们的脑区被固定并包埋在琼脂糖中。随后这个包埋小块被装进一个采用超精细切割设备或振动切片机的双光子荧光显微镜内——这一系统已经被TissueVision商业化了。
在这个组合中，小块的上表面以0.35微米的横向分辨率荧光成像，展示了由各区域被注射细胞描绘出的神经元的“轴”。然后，振动切片机切掉表面的100微米，以展现下一个表层，然后重复这—过程。
“成像、切割、成像、切割、成像、切割。”曾洪奎解释道，整个过程是自动化的，一个大脑在18小时制作出了大约750千兆字节（gigabytes）的原始图像数据。而一个完整的数据集包含大约500个注射点，因此至少需要500个大脑整合并记录到一个三维模皈中进行对比和定位，从而生成详细的、大脑水平的联接矩阵。
曾洪奎说，从技术上来讲，艾伦脑科学研究所并没有收集“大脑联接组”。他们的病毒是非复制型的，意味着它只能一次性感染细胞，而且它还不能穿过神经突触。因此，她说自己的项目其实是在绘制一个“项目联接组（projectome）”。
根据她的说法，大多数大脑区域的数据已经收集到了，有些已经公开。（这些数据可以使用该研究所的大脑浏览器软件免费操作，也可以通过艾伦大脑图谱数据门户（ALLEN Brain Atlas data portal，www.brain-map.org）免费下载。现在曾洪奎回过头重复整个过程，使用针对个体神经亚型的病毒，以了解诸如兴奋性神经元与抑制性神经元项目联接组之间的差别。
在冷泉港实验室，Mitral正在采用相似的策略。他在每个小鼠的大脑中分别注射了262个网格点，但他使用了四个示踪物——两个“顺式示踪物”和两个“反式示踪物”。每个数据集大约包括1000个小鼠的大脑。
顺式示踪物中如腺相关病毒和生物素葡聚糖胺（来自美国生命技术公司（Life Technologies）首先渗透细胞体，然后“依附在顺式运输机制上的，这一机制将分子沿着轴突从（细胞体）中运至（突触）末端”。Mitra如是解释。反式示踪物如霍乱毒素（来自List Biological Laboratories）和狂犬病病毒（杜克大学病毒载体中心）则通过突触进入细胞，从轴突轴向上转运进入细胞体，的确提供了一些远程的联接信息。
Mitra在浜松公司的Nanozoomer2.0自动切片扫描荧光显微镜上成像每个小鼠的大脑（手动冷冻切片至20微米的切片，40微米间隔）。重建完成后，结果数据集包含1万亿三维像素，测量一边是1微米的。这些只是扩散核磁共振成像技术三维像素的十亿分之一。他说，每个注射部位的1兆兆字节中，他的实验室收集了近1千万亿字节的信息，其中有些信息将会在6月份释放（www.brainarchitecture.org）。
微观层面
尽管中间尺度的信息已经有一定的密度，但仍然不能真正地展示出突触的联接。“从严格意义上来说，我们并不是绘制联接本身。”Mitra说，“来展示这里有一个联接，我将要向你展示的是一个突触和穿过这个突触的神经递质。”
这种信息肯定无法通过中观层面实现。但至少部分来讲可以在微观层面观测到。以曾洪奎所说的谷歌地图的类比来看，这就像是看到车道和人行道通往单个房子中。而看到这些细节的工具就是电子显微镜。
比方说，哈佛大学神经科学家JeffLichtman把400×400×250微米的丘脑切片包埋到塑性材料中（他说，这甚至不到1个功能磁共振成像三维像素），并在自制的仪器上将其切成9000个超薄切片。这个仪器基本上像一个熟食切片一样，称之为自动带状采集式超薄切片机。每个切片出现时都将其附在一条移动的带子上，制作出像旧电影胶片一样的大脑切片。然后，将带子送入扫描电子显微镜（Lichtman使用Zeiss，FEI和JEOL的仪器），这样就可以逐个切片成像，就像电影放映机一样。
据Lichtman介绍，切片是以4纳米分辨率由16个25，000×25，000的像素或像，每秒可以收集2000万像素。整个过程每天会产生1兆兆字节的图像数据，7天24小时不间断，需要收集一百天。在他看来，这个项目的目的是绘制出丘脑视网膜神经节细胞的构造。“从这个数据中，我们将对视网膜信息中枢突的第一个阶段有一个更好的认识。” Lichtman最近新获了一台电子显微镜，是当前数据采集速度的两倍，每秒4000万像素。然而，不管是从数据管理的角度来说——1立方毫米大约是1000兆兆字节，还是从时间的角度来说——即便达到4000万像素每秒，仍需要花费很多年来绘制1立方毫米。即使是达到这样的速度，想要以纳米级分辨率绘制整个人类大脑也是完全不切实际的。
但新一代仪器可以为此提供帮助。Lichtman提到，蔡司（Zeiss）正在研发新的自动电子显微镜，一次可以以61个电子束（当前的机器只使用1个）绘制出切片，数据采集速度提高了大约60倍，他希望能够在近几年拿到这一新设备的样机。
但数据采集只是成功的一半，德国马丁雷德的马普协会神经生物研究所（Max-Planck Institute of Neurobiology）Moritz Helmstaedter说，要想成功，还有一半是数据分析。
Helmstaedter作为博士后与海德堡的马克思-普朗克协会Winfried Denk一起工作。Helmstaedter与博士后Kevin Briggman一起，使用连续断层面电子显微镜来成像一片含有约1000个神经元的视网膜组织——将一块塑性包埋的大脑切片进行成像、切割、成像、切割，类似于艾伦脑科学研究所的操作方式，但是是在纳米级层面操作的。
据Helmstaedter介绍，SBEM显微镜连续运作了8周，采集了13000副图像，每副图像的大小为25亿像素。（均使用了Zeiss和FEI Ems的定制超薄切片机，现在Gatan提供叫做3View的完善体系。）但却花了超过2年的时间来再现得到的神经元回路。
Helmstaedter对这个问题的解决方法借鉴于蛋白质折叠游戏FoldIt的众包（crowdsourcing）途径。他的团队通过训练电脑收集图像，以追踪神经突。但为了保证准确性，他们以每小时10美元的价格雇佣了200个本科生，坐在电脑前浏览神经突的丛林，本质上就是让他们像用飞行模拟器一样“在数据之间飞行穿梭”。他说，这些学生帮助团队证实了差不多900个神经元的视网膜联接组。
现在，Helmstaedter开始继续加码，提升到一片新大脑皮质的一边有500微米，包括约10000个神经元。如果是这样的话，他们会需要更宽广的蜂巢智慧，他们希望可以研发这项应用移动设备上的游戏版本。
他指出，大脑联接组学的瓶颈是网络重建。“我们要想完成任务，必须使用这些非常手段。”
确实是彻底革新的技术。
还记得二十年前，Francis Crick和Edward Jones曾在所谓的“脑的十年（Decade of the Brain）”中哀叹，科学界连对人类神经解剖学最基本的认识都没有。
“很明显，现代人类大脑解剖学所需要的是引入一些彻底革新的技术。”两人在1993年写道。显然，研究者听取了这一建议。今天，他们正在使用新技术和自动化操作，并以前所未有的分辨率和完整度来绘制神经回路。美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）投入了近4000万美元来绘制人类大脑线路图，艾伦脑科学研究所（Allen Brain Institute）又追加数百万美元的资金，用来绘制老鼠大脑的图谱。这些数据要花上很多年去汇集，甚至要花更长的时间去解析。但结果可能会揭示人类个性的本质等重大发现。正如MIT的神经科学家Sebastian Seung所写的：“你的个性远不仅是你的基因决定的，而是你的联接组。”
当Seung在《大脑联接组：大脑联接如何造就人类（Connectome：How the Brain’s Wiring Makes Us Who We Are）》一书中写道“你来自于你的大脑联接组”，他的意思是神经联接如同指纹一样，每个人都把他们独特的遗传因素、环境因素和生活经历参杂在一起。这些因素影响了具体的大脑回路，就像即便是同卵双胞胎也可能在神经联接的水平上有所不同。
通过绘制这些联接，研究人员希望能够理解人类大脑联接组正常的变化，并了解大脑联接组在人类学习、成熟和衰老过程中如何改变和修改自己。他们可以开始探究大脑联接组在创伤性脑损伤或神经退化紊乱后如何功能失调，或者研究者Seung称之为“联接病例联结（connectopathies）”的精神分裂症或自闭症患者大脑联接组出现的机能异常。
然而，这个问题的规模之大，让人不觉有些气馁，目前只绘制出了一个大脑联接组的图谱，那就是秀丽线虫（Caenorhabditis elegans）。秀丽线虫只有300个神经元，仅形成7000种联接，然而绘制它的神经联接却花费了超过10年的时间。“你的大脑联接组（比秀丽隐杆线虫）要大1千亿倍，它的联接比你基因组具有的字母都要多100万倍。”Seung写道，“基因组跟大脑联接组相比简直是小孩子过家家的游戏。”
然而，研究人员试图解决这一问题。从所谓的核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的宏观尺度到电子显微镜（electron microscopy）的微观尺度，随着大脑联接组逐个突触地慢慢突破，轮廓开始清晰起来。
人脑联接组计划
一想到大脑联接组，艾伦脑科学研究所研究科学高级主管曾洪奎（音译）就想到了谷歌地图。神经科学家想要像现代的旅行者在网上导航一样，在虚拟空间内导航定位大脑：任意放大、缩小、摇摄，从整个大脑区域缩小到单个细胞和突触。以这个比喻来看，曾洪奎认为宏观的核磁共振成像技术揭示出的仅是神经超级高速公路。但她仍然觉得这个方法比较有效，正在提供“一种全局观，让人们了解各个区域是怎么联接在一起的，整个世界是如何组织建构起来的”。
这就是人脑联接组计划（Human Connectome Project，HCP）的中心目标。2010年9月，美国国立卫生研究院投入4000万美元打造人脑联接组计划，绘制出入脑线路图谱。人脑联接组计划随之在下面建立了两个研究小组，其中3000万美元投入圣路易斯的华盛顿大学和明尼苏达大学，850万美元投入麻省总医院（Massachusetts General Hospital）和加州大学洛杉矶分校（UCLA）。
两个课题组都在寻求技术的进步，其中华盛顿大学和明尼苏达大学课题组也注重于产出，他们利用一系列行为、遗传和成像扫描的方法对1200名正常成人进行研究，其中包括400组双胞胎及其非孪生兄弟姐妹，由此提供参考，以便其他联接组进行比较。
两个课题组都以自己的方式采用了核磁共振成像技术。华盛顿大学对实验对象进行扫描，了解其解剖特征和功能联接性（也就是说，为共同目标而联接起来的区域）。为了勾勒出物理联接，该课题组使用了扩散核磁共振成像技术（Diffusion MRI），这种成像技术追踪水分子的运动，将其作为轴突纤维定向的标记。“水分子平行于纤维时的运动比垂直于纤维时的运动要快。”麻省总医院团队负责人Van Wedeen这样解释。
Wedeen创造并使用了一种扩散核磁共振成像技术——水分子扩散频谱造影（diffusion spectrum imaging）技术，华盛顿大学和明尼苏达大学课题组使用高角分辨率扩散成像（high-angular resolution diffusionimaging）技术。这两个案例均想要将人脑分成数千个体积像素（也称之为三维像素“voxels”），每个体积大约为1立方毫米，并计算每个水分子扩散时不同的方向。然后，在被称作“纤维跟踪成像（tractography）”或追踪的过程中，这些向量联接起来就产生了夺目的多彩联接图像或“纤维追踪（fiber tracks）”，迂回穿过人类的脑白质。
这样的结果不是单个轴突，而是成千上万个轴突总体的图像。Wedeen说“这些只是微分方程的数值积分，而不是纤维的显微图像”。虽然如此，采集这些相对低分辨率的数据仍然需要一些改装升级的硬件。Wedeen说，一台标准的临床核磁共振成像的磁场强度是3T（Tesla），梯度场强是40mT/m。华盛顿/明尼苏达大学课题组采用专门打造的西门子3T扫描设备，梯度强度达到100mT/m，而麻省总医院/加州大学洛杉矶分校课题组的“大脑联接组扫描仪”达到300mT/m的梯度场强。 梯度场强的提高为联接性绘图提供了两个好处，Wedeen说：“你会得到更多信号和更好的信号。”就像更大的望远镜能够看到更深远的太空。
明尼苏达大学磁共振研究中心主任，即华盛顿/明尼苏达大学课题组共同研究员Kamil Ugurbil表示，新的扫描仪给他们的团队带来了“非常重要的技术进步”，分辨率提高了2～3倍，其中30个实验对象已经接受扫描，每个花费两天的时间。
但Ugurbil已经不再使用100mT/m 3T的扫描仪器，该仪器已经运往华盛顿大学进行项目的“产出”模式。他已经拥有了一台新的西门子7T扫描仪，应该可以提供更清晰的画面。另外，Ugurbil正在等待一台价值1000万美元，更大的10.5T仪器运送到位。虽然此刻，因为“全球性液氦的缺乏”，这台仪器仍然还待在工厂里面尚未进行检测。
Ugurbil说：“为了冷却这台大家伙，我们需要4万公升的液氦，但现在我们拿不到这么多液氦。”
绘制中间尺度的联接
“中观”是美国冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory）神经科学家Partha Mitra及其同事在2009年首先提出的绘图策略。艾伦脑科学研究所正在以这个曾洪奎所谓的“中观”层面来绘制小鼠的大脑联接组。为了绘制这一图谱，曾洪奎的团队使用了“连续的双光子断层摄影术”。
小鼠离散的大脑区域被注入了表达一种荧光蛋白的重组腺相关病毒（recombinant adeno-associated virus，由宾夕法尼亚大学载体中心提供）。小鼠死亡后，它们的脑区被固定并包埋在琼脂糖中。随后这个包埋小块被装进一个采用超精细切割设备或振动切片机的双光子荧光显微镜内——这一系统已经被TissueVision商业化了。
在这个组合中，小块的上表面以0.35微米的横向分辨率荧光成像，展示了由各区域被注射细胞描绘出的神经元的“轴”。然后，振动切片机切掉表面的100微米，以展现下一个表层，然后重复这—过程。
“成像、切割、成像、切割、成像、切割。”曾洪奎解释道，整个过程是自动化的，一个大脑在18小时制作出了大约750千兆字节（gigabytes）的原始图像数据。而一个完整的数据集包含大约500个注射点，因此至少需要500个大脑整合并记录到一个三维模皈中进行对比和定位，从而生成详细的、大脑水平的联接矩阵。
曾洪奎说，从技术上来讲，艾伦脑科学研究所并没有收集“大脑联接组”。他们的病毒是非复制型的，意味着它只能一次性感染细胞，而且它还不能穿过神经突触。因此，她说自己的项目其实是在绘制一个“项目联接组（projectome）”。
根据她的说法，大多数大脑区域的数据已经收集到了，有些已经公开。（这些数据可以使用该研究所的大脑浏览器软件免费操作，也可以通过艾伦大脑图谱数据门户（ALLEN Brain Atlas data portal，www.brain-map.org）免费下载。现在曾洪奎回过头重复整个过程，使用针对个体神经亚型的病毒，以了解诸如兴奋性神经元与抑制性神经元项目联接组之间的差别。
在冷泉港实验室，Mitral正在采用相似的策略。他在每个小鼠的大脑中分别注射了262个网格点，但他使用了四个示踪物——两个“顺式示踪物”和两个“反式示踪物”。每个数据集大约包括1000个小鼠的大脑。
顺式示踪物中如腺相关病毒和生物素葡聚糖胺（来自美国生命技术公司（Life Technologies）首先渗透细胞体，然后“依附在顺式运输机制上的，这一机制将分子沿着轴突从（细胞体）中运至（突触）末端”。Mitra如是解释。反式示踪物如霍乱毒素（来自List Biological Laboratories）和狂犬病病毒（杜克大学病毒载体中心）则通过突触进入细胞，从轴突轴向上转运进入细胞体，的确提供了一些远程的联接信息。
Mitra在浜松公司的Nanozoomer2.0自动切片扫描荧光显微镜上成像每个小鼠的大脑（手动冷冻切片至20微米的切片，40微米间隔）。重建完成后，结果数据集包含1万亿三维像素，测量一边是1微米的。这些只是扩散核磁共振成像技术三维像素的十亿分之一。他说，每个注射部位的1兆兆字节中，他的实验室收集了近1千万亿字节的信息，其中有些信息将会在6月份释放（www.brainarchitecture.org）。
微观层面
尽管中间尺度的信息已经有一定的密度，但仍然不能真正地展示出突触的联接。“从严格意义上来说，我们并不是绘制联接本身。”Mitra说，“来展示这里有一个联接，我将要向你展示的是一个突触和穿过这个突触的神经递质。”
这种信息肯定无法通过中观层面实现。但至少部分来讲可以在微观层面观测到。以曾洪奎所说的谷歌地图的类比来看，这就像是看到车道和人行道通往单个房子中。而看到这些细节的工具就是电子显微镜。
比方说，哈佛大学神经科学家JeffLichtman把400×400×250微米的丘脑切片包埋到塑性材料中（他说，这甚至不到1个功能磁共振成像三维像素），并在自制的仪器上将其切成9000个超薄切片。这个仪器基本上像一个熟食切片一样，称之为自动带状采集式超薄切片机。每个切片出现时都将其附在一条移动的带子上，制作出像旧电影胶片一样的大脑切片。然后，将带子送入扫描电子显微镜（Lichtman使用Zeiss，FEI和JEOL的仪器），这样就可以逐个切片成像，就像电影放映机一样。
据Lichtman介绍，切片是以4纳米分辨率由16个25，000×25，000的像素或像，每秒可以收集2000万像素。整个过程每天会产生1兆兆字节的图像数据，7天24小时不间断，需要收集一百天。在他看来，这个项目的目的是绘制出丘脑视网膜神经节细胞的构造。“从这个数据中，我们将对视网膜信息中枢突的第一个阶段有一个更好的认识。” Lichtman最近新获了一台电子显微镜，是当前数据采集速度的两倍，每秒4000万像素。然而，不管是从数据管理的角度来说——1立方毫米大约是1000兆兆字节，还是从时间的角度来说——即便达到4000万像素每秒，仍需要花费很多年来绘制1立方毫米。即使是达到这样的速度，想要以纳米级分辨率绘制整个人类大脑也是完全不切实际的。
但新一代仪器可以为此提供帮助。Lichtman提到，蔡司（Zeiss）正在研发新的自动电子显微镜，一次可以以61个电子束（当前的机器只使用1个）绘制出切片，数据采集速度提高了大约60倍，他希望能够在近几年拿到这一新设备的样机。
但数据采集只是成功的一半，德国马丁雷德的马普协会神经生物研究所（Max-Planck Institute of Neurobiology）Moritz Helmstaedter说，要想成功，还有一半是数据分析。
Helmstaedter作为博士后与海德堡的马克思-普朗克协会Winfried Denk一起工作。Helmstaedter与博士后Kevin Briggman一起，使用连续断层面电子显微镜来成像一片含有约1000个神经元的视网膜组织——将一块塑性包埋的大脑切片进行成像、切割、成像、切割，类似于艾伦脑科学研究所的操作方式，但是是在纳米级层面操作的。
据Helmstaedter介绍，SBEM显微镜连续运作了8周，采集了13000副图像，每副图像的大小为25亿像素。（均使用了Zeiss和FEI Ems的定制超薄切片机，现在Gatan提供叫做3View的完善体系。）但却花了超过2年的时间来再现得到的神经元回路。
Helmstaedter对这个问题的解决方法借鉴于蛋白质折叠游戏FoldIt的众包（crowdsourcing）途径。他的团队通过训练电脑收集图像，以追踪神经突。但为了保证准确性，他们以每小时10美元的价格雇佣了200个本科生，坐在电脑前浏览神经突的丛林，本质上就是让他们像用飞行模拟器一样“在数据之间飞行穿梭”。他说，这些学生帮助团队证实了差不多900个神经元的视网膜联接组。
现在，Helmstaedter开始继续加码，提升到一片新大脑皮质的一边有500微米，包括约10000个神经元。如果是这样的话，他们会需要更宽广的蜂巢智慧，他们希望可以研发这项应用移动设备上的游戏版本。
他指出，大脑联接组学的瓶颈是网络重建。“我们要想完成任务，必须使用这些非常手段。”
确实是彻底革新的技术。